专利名称：具有三部分色调匹配的发光二极管模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及通用照明领域，并且更具体地，涉及使用诸如发光二极管(LEDs)的半导体基发光元件的照明装置。
背景技术：
因为由照明装置产生的通量或光输出水平的限制，发光二极管在通用照明中的使用仍然受到限制。通量方面的限制是由于LED芯片的有限的最高温度以及寿命要求，它们与LED芯片的温度密切相关。LED芯片的温度由系统内的冷却容量和装置的功率效率(由 LED和LED系统产生的光功率随输入的电功率变化)决定。使用LED的照明装置通常还遭受差的由色点不稳定性表征的色调质量的麻烦。色点不稳定性随时间变换以及从一部分到一部分变化。差的色调质量还由显色表征，这是因为由LED光源产生的光谱具有无功率或极少功率的带。此外，使用LED的照明装置在色调方面通常具有空间和/或角度变化。附加地，使用LED的照明装置很昂贵，因为在其他因素中，需要所需的色调控制电子件和/或传感器以维持光源的色点，或使用形成满足用于应用的色调和/或通量要求的LED仅有少的选择。因此，需要改善使用发光二极管作为光源的照明装置。
发明内容
使用至少一个发光二极管(LED)和围绕LEDs并包括输出口的光混合室的一部分的至少二个可选构件制造发光二极管模块。第一可选构件包括具有第一波长转换特性的第一类型波长转换材料，并且第二可选构件包括具有不同波长转换特性的第二类型波长转换材料。第一和第二波长转换特性改变由LED产生的光的光谱能量分布以产生具有位于偏离预定色点的预定容限的色点的通过输出口的光。此外，形成一 LED模块组使得每个LED模块具有在预定容限内的相同色点。通过预测量不同的构件的波长转换特性由此选择具有将 LED的光谱能量分布转换到位于偏离预定色点的预定容限的色点的波长转换特性的构件而形成LED模块。
图1示出发光二极管模块的一个实施例的透视图；图2示出图1中的LED模块的分解透视图；图3示出具有多个侧壁嵌件和窗口的图1中的LED模块的光混合室的一个实施例的断面图4示出(U’ V’ )色度图，其还熟知为CIE 1976UCS(均勻色标图)图；图5示出CIE 1976UCS图上的容限计量和目标色点的示例；图6是LED模块的组装过程的部分的流程图；图7示出CIE 1960图的黑体曲线上预定目标和LED模块的色点，其中X轴表示 CCT，Y轴表示偏离黑体曲线的偏离程度(AUV)。图8示出使用具有不同波长转换特性的波长转换构件全部产生位于预定容限内的相同色点的一组LED模块。图9示出包括多个具有不同波长的封装的LEDs的板。
具体实施例方式图1示出发光二极管(LED)模块100的一个实施例的透视图，图2示出LED模块100的分解透视图。应该理解，因为这里限定LED模块不是LED，而是LED光源或固定装置或LED光源或固定装置的构件部分，并且包含LED板，LED板包括一个或多个LED管芯或封装的LEDs。LED模块100类似Gerard Harbers于2008年10月10日递交的名称为 "Illumination Device with Light Emitting Diodes” 的美国期号第 12/249，874 号中描述的LED照明装置，该专利与本申请具有相同的受让人，这里通过参考全文并入。LED模块100包括基部110和顶部部分120，它们可以由诸如铝基材料的高热传导材料形成。基部110包括具有多个对称地布置的LEDS114的板112。在一个实施例中， LED114 是封装的 LED，例如 Philips LumiledsLighting 生产的 Luxeon Rebel。也可以使用其他类型封装的 LEDs，例如那些由 OSRAM(Ostar package), Luminus Devices (USA)，or Tridonic (Austria)制造的LED。如此处限定的，封装的LED是一个或多个LED的组装件， 其包含诸如丝焊连接或电栓块(stud bump)的电连接，并且可以包括光学元件和热、机械以及电界面。LED114可以包括在LED管芯上面的透镜。替换地，可以使用没有透镜的LED。 板112提供与LED114的电和热接触。板112还与用作散热装置的基部110热接触。板可以是FR4板，例如厚度为0. 5mm，其具有用作热接触区域的、例如30 μ m到100 μ m的相对厚的铜层。替换地，板104可以是金属芯印刷电路板(PCB)或具有合适的电连接的陶瓷基座 (submoimt)。可以使用诸如由铝(陶瓷制品形式的铝氧化物)或氮化铝(也是陶瓷制品形式)形成的其他类型的板。板112可以包括反射顶部表面，或者在板112的顶部表面上面安装反射板113。反射板113可以由具有高热传导率的材料形成，例如铝基材料，其被加工成使得材料是高反射的且耐用的。作为示例，可以使用由德国公司Alanod制造的称为 Miro (R), type Miro 27 Silver 的材料。如果需要，基部110可以由多个零件形成。例如，基部110可以包括下部分116，通过下部分116形成至板112的电连接，和上部分118，其例如通过螺钉117(如图1所示)、螺栓或其他合适的连接机构连接至下部分116。上部分118可以包括孔119，板112和LEDl 14 延伸进入该孔。顶部部分120包括延伸穿过顶部部分120的中心孔122。顶部部分120通过螺钉 124、螺栓或其他合适的连接机构连接至基部110。例如，如果需要，顶部部分120可以拧紧到基部110上。通过中心孔122限定输出口，其覆盖有窗口 130，窗口例如通过环氧树脂、 硅树脂或其他合适的连接机构安装至顶部部分120的上表面。窗口 130可以是透明的或半透明的以便散射射出的光。窗口 130可以由包括散射颗粒的丙烯酸材料制造，散射颗粒例如由Ti02、ZnO或BaSO4或其他在整个可见光谱上具有低吸收率的合适的材料形成。在另一实施例中，窗口 130可以是透明的或半透明的板，在其一侧或两侧上具有微结构。作为示例，微结构可以是透镜小孔(Ienslet)阵列，或全息微结构。替换地，窗口 130可以由晶体形式的(蓝宝石)或陶瓷形式(氧化铝)的AW2制造，由于其硬度(耐划伤)和高热传导率，这是有利的。窗口的厚度可以在例如0.5到1.5mm之间。如果需要，窗口可以具有漫射性质。底色蓝宝石盘具有良好的光学漫射性能并且不需要抛光。替换地，漫射窗口可以是磨砂的或喷珠窗口或塑料柔光屏，它们通过在模制期间将散射颗粒分散至材料中形成漫射，或通过表面织纹模子形成漫射。侧壁嵌件1 可以定位在顶部部分120的中心孔122内部以限定侧壁。替换地，通过由孔122本身限定侧壁。侧壁嵌件1 可以例如由德国公司Alanod制造的称为Μ ΓΟ , type Miro 27 Silver的材料形成。侧壁嵌件1 形成为材料带，其被弯曲以形成环形。在组装时，光混合室101由顶部部分120的中心孔122的侧壁(例如侧壁嵌件126)与窗口 130和(例如基部110的板112上的反射板113)反射底表面一起限定，因此它们有时候统称为室101的构件。LED模块100的光混合室101可以由不同的或其他的构件形成。例如，如图3中的断面图所示，图中的LED模块100的光混合室101由反射板113、两个侧壁嵌件、顶部侧壁嵌件1 和底部侧壁嵌件127以及两个窗口、顶部窗口 130和底部窗口 131形成。室101的至少两个构件涂覆或浸渍有不同的波长转换材料，并且在此有时被称为波长转换构件。波长转换构件上的不同类型的波长转换材料具有不同的波长转换特性。作为示例，窗口 130可以涂覆有例如将蓝光转换为黄光的第一类型波长转换材料132，同时侧壁嵌件1 可以涂覆有例如将蓝光转换为红光的第二类型波长转换材料128。在一个实施例中，不使用侧壁嵌件126并且中心孔122的侧壁涂覆有波长转换材料。如果需要，反射板 113可以涂覆有与其他波长转换构件上的波长转换材料相同的或不同的波长转换材料。如果需要，顶部和底部侧壁嵌件126、127和/或窗口 130、131(图幻可以涂覆有不同的波长转换材料。因而，来自窗口 130的转换后的光的部分将通过底部窗口 131透射进入光混合室 101。波长转换材料可以是磷光物质或发光染料，它们在本文中为了简明统称为磷光物质。作为示例，用作波长转换材料的磷光物质可以从下面化学式表示的组中选择Y3A15012 Ce (也称为YAG: Ce，或者简称为YAG)、Lu3Al5O12 (也称为LuAG: Ce，或者简禾尔为 LuAG)、(Y, GcO3Al5O12:Ce、CaS:Eu, SrS:Eu> SrGa2S4:Eu> Ca3(Sc, Mg)2Si3012:Ce、 Ca3Sc2Si3O12 Ce、Cei3Sc2O4 Ce^Ba3Si6O12N2 Eu、(Sr, Ca) AlSiN3Eu、CaAlSiN3Eu。通过喷涂印刷、丝网印刷、模版印刷或刮片技术可以混合磷光物质或磷光物质的组合用作应用到表面的粘结剂中的分散体。这些技术对沉积磷光物质的点、磷光物质的带或均勻涂覆表面是有用的。替换地，通过粉末涂覆工艺的部分的喷溅或施加电场，磷光物质或磷光物质的组合还可以以粉末的形式与小的粘结材料的丸状物一起混合用于表面应用。小的丸状物具有低的熔点并且在被加热到粘结剂的熔点时均勻地涂覆表面。在具有光混合室101的两个或多个波长转换构件、每一个具有不同的波长转换性能的情况下，LED模块100可以以高度精确性产生预定的或目标色点。
图4示出(U，ν，)色度图，其也熟知为CIE 1976UCS (均勻色标)图。CIE1976UCS 图用曲线200示出黑体辐射体的色度，其有时候称为普朗克轨迹。理想地，光源产生位于黑体曲线200的目标色点处的光。然而，在实际应用中，产生黑体曲线200上目标色点处的光是困难的，尤其是用LED光源，因为用目前的工艺在LED光源所产生的光输出上不能精确地控制。通常，在光源产生的光的色点和黑体曲线200上的目标色点之间存在一定的距离，这被熟知为离开黑体曲线上目标色点的偏移程度。在图4中示出的CIE 1976UCS图的情况下，目标色点256-258被图示为示例性的目标色点，并且离开目标色点的偏移程度以 Au' ν'为单位表述。当光源的色点显著地偏离预定目标色点，将感知到光的色调与想要的色调不同。而且，当光源彼此接近的时候，例如在加强照明或显示器中，甚至轻微的色调差异都是可以不希望地被注意并且被考虑的。偏离目标色点的变化的一种形式是麦克亚当椭圆(MacAdam椭圆)。麦克亚当椭圆通常称为包含正常人眼睛不能将其与椭圆中心处的色调区分开的色度图上的所有色调的一个区域。麦克亚当椭圆是基于经验的色调之间的“仅可察觉的差别”。因为人眼睛对某些色调比其他色调更敏感，麦克亚当椭圆的尺寸依赖于其在色度空间中的位置而不同。图5示出u' ν' CIE 1976UCS图中分别围绕目标色点256、 257以及258的1、2、3和4阶麦克亚当椭圆250、252以及254。偏离目标色点的变化的另一种形式是偏离目标色点的偏离程度Δη' ν'。例如，目标色点是位于黑体方向上的色点 256并且圆圈251内的所有色点显示小于0. 0035的偏移程度Au' ν'。类似地，圆圈253 和255分别表示围绕目标色点257和258的小于0. 0035的偏移程度。如图5所示，小于 0.0035的偏移程度Au' ν'近似地等于用较亮的圆圈示出的两阶麦克亚当椭圆。圆圈259 表示围绕色点257的小于0.009的偏移程度Au' ν'。因此，LED模块100输出的光的色别标志(color specification)可以表示为在目标色点的预定容限内的色调。例如LED模块100可以实现在两阶麦克亚当椭圆内的特定目标色点。在另一示例中，LED模块100可以实现在小于0.009的偏移程度Au' ν'内的特定目标色点。如果需要，可以用LED模块 100实现更大或更小的预定容限水平。基于从它们的光谱能量分布得出的不同的特性LED在形成之后通常被形成系统划分组(bin)。基于通过其光谱能量分布得到的种种特性运行的。LED的成本由系统划分组的尺寸(分布)确定。例如，可以基于峰值波长的值系统划分组具体的LED。LED的峰值波长是光谱能量分布的量最大处的波长。峰值波长是用以表征蓝光LED的光谱能量分布的色调特性的葡萄度量尺度。一般使用许多其他度量尺度基于它们的光谱能量分布(例如主要波长，xy色点、U’ ν’色点等)的系统划分组LEDs。普遍地，将蓝光LED分开到具有五纳米的峰值波长范围的系统划分组出售。正如上面所述，LED模块100包括具有多个LEDslH的板112。安装在板112上的多个LEDslH能够产生具有特定光谱能量分布的光。这种光谱能量分布的色调特性用其矩心波长表征。矩心波长是光谱能量分布的面积的一半是基于来自小于矩心波长的波长的贡献(contributions)并且光谱能量分布的面积的另一半是基于来自大于矩心波长的波长的贡献(contributions)的波长。在一些产品示例中，每个板具有多个LED (例如八个LED) 的多个板的矩心波长将相差Inm或更多。在板组装有仔细地选择使得它们精密地匹配光谱能量分布的LED或板组装有来自小系统划分组的LED的情况下，矩心波长将相差0. 5nm或更多。当然，因为形成具有精密地匹配的矩心波长的板成本显著地增加。
LED模块100可以容纳具有宽的光谱能量分布的多个LED同时仍然实现目标色点在预定容限内。而且，可以形成多个LED模块100，每一个具有一个或多个具有不同光谱能量分布(例如矩心波长偏移0. 5nm到1. Onm或更多)的LEDs，同时仍然实现从一个LED模块 100到下一个LED模块的精密匹配的色点，其中LED模块100的匹配的色点。而且，LED模块100的色点与目标色点的差异也可以位于预定容限内。因此，可以使用较低成本的LED。 通过采用光混合室101的两个或多个可选波长转换构件，可以精确地控制由LED模块100 发射的光的色点。例如，在LED模块100的组装期间，可以基于波长转换特性和LED产生的光的光谱能量分布选择两个或多个波长转换构件，使得通过窗口 130发射的最终的光具有位于预定色点的预定容限内的色点。如果想要，LED模块100的波长转换构件可以选择成产生0. 009到0. 0035之间以及更小的想要的偏移程度Au' ν'，例如0. 002。例如，使用选择的波长转换构件可以形成包括具有矩心波长相差超过1. Onm的光源的LED模块100以产生0. 007或更小的、例如0. 0035的偏移程度Au' ν'。这里LED模块100具有矩心波长相差超过0.5nm的光源，波长转换材料可选择以产生0.0035或者更少的偏移程度Au' ν'。CIE 1960UCS色调空间(color space)基本上已经被CID 1976UCS取代作为表示均勻色度空间。然而，CIE 1960UCS色调空间仍然被用于表示色度，因为相关色温(CCT)的等温线是垂直普朗克轨迹对准的线。通常期望光源形成目标色点。例如，当光源在用作一般照明用途的时候，期望LED模块100产生具有特定相关色温(CCT)的白光。CCT与黑体辐射体的温度相关，并且通常2700K到6000K之间的温度用于一般的照明用途。较高的色温被看作“冷”的，因为它们是蓝色色调，同时较低的温度被看作“暖”的因为它们包含较多的黄-红色调。作为示例，通常黑体曲线上的2700K、3000K、;3500K、4000K、4200K、5000K、6500K 的CCT或发光体序列D中的CCT是期望的。在CIE 1960UCS图的情形中，偏移程度是由光源产生的光的色点与沿恒定CCT线的普朗克轨迹之间的距离。在CIE 1960UCS图的情形中，偏移程度用Auv为单位表示。因此，白光源的色点可以描述为CCT值和Auv值，即到在CIE 1960色调空间中测量的黑体曲线的偏移程度。其遵循LED模块100光输出的色调标识可以标识为预定容限内的CCT值和预定容限内的Auv值。图6是示出LED模块100的组装过程的一部分的流程图。如图6所示，形成具有不同波长转换性能的多个波长转换构件(302和304)。如果需要，波长转换构件可以由组装LED模块100的实体或由随后提供波长转换构件给组装LED模块100的实体的外部实体形成。例如通过改变构件上或内部的波长转换材料的浓度和/或厚度产生波长转换构件的不同的波长转换特性。可以改变波长转换材料的浓度和/或厚度以形成具有相差 0. OOlAuv(在CIE 1960图中)或更小的波长转换特性的构件。例如，可以用不同浓度和/ 或厚度的黄的波长转换材料132形成多个窗口 130。类似地，可以用不同浓度和/或厚度的红的波长转换材料1 形成多个侧壁嵌件126(或反射板113)。如果需要，对于每个构件 (例如侧壁嵌件1 或窗口 130)可以使用相同配方设计的波长转换材料，但是具有不同的浓度和/或厚度。附加地，可以使用不同配方设计的波长转换材料，可以使用例如多种波长转换材料的不同混合物。例如，侧壁嵌件1 可以涂覆有具有相同或不同浓度和厚度的变化的红和黄的磷光物质比的波长转换材料128。类似地，可以用不同的波长转换材料涂覆构件的不同区域。此外，可以使用相同的浓度和厚度，但是在构件上具有覆盖面积的变化总量，例如侧壁嵌件的未覆盖部分的总量可以变化。
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测量多个波长转换构件的波长转换特性(306和308)。波长转换构件被放置在测试固定装置上，其包括产生具有已知光谱能量分布和色点的光源(例如具有LEDslH的板 112)。波长转换构件被分开地放置在测试固定装置上，并且使用例如分光计和积分球测量色点漂移。如果需要，可以执行使用分色滤波器的强度测量以及或者代替积分球测量，或可以使用(例如Konica-Minolta生产的(CL-200)比色计)比色计。测量的每个构件的波长转换特性被存储。自参照测量值可以用于构件的波长转换特性。例如，将由LED114的全光谱能量分布和测量的构件产生的色点与不包括波长转换光的光谱能量分布产生的色点对比以产生自参照Δ uv值。波长转换构件的色点漂移在图4中的CIE1976图中示出。产生在例如445nm的蓝光的测试光源的色点在图中点210处示出。由例如侧壁嵌件1 上或内部的波长转换材料产生的色点用点220示出，其与例如630nm的主波长对应。使用测试光源通过侧壁嵌件1 产生的色点漂移沿虚线222，其中漂移的总量将依赖于光混合室的几何形状以及侧壁嵌件 126上的波长转换材料128的厚度和/或浓度。通过示例，使用测试光源测量的通过侧壁嵌件126中的一个产生的色点用点2M表示，并且在没有侧壁嵌件126(例如点210)情况下通过测试光源产生的偏离色点的漂移Δη' ν'由线2 示出。由窗口 130上或内部的波长转换材料产生的色点被示出为点230，其与例如570nm 的主波长对应。依赖于窗口 139上的波长转换材料132的厚度和/或浓度用测试光源由窗口 130产生的色点漂移是沿虚线232的值。作为示例，使用测试光源测量的由窗口 130的一个产生的色点由点234表示，并且在没有窗口 130(例如点210)的情况下通过测试光源产生的偏离色点的漂移ΔΥ ν'由线236表示。如果需要，也可以使用波长转换构件上的波长转换材料的不同的配方设计，其将改变由波长转换材料产生的色点(如箭头240所示) 并因此改变色点漂移的范围。通常，一个LED到下一个LED的光谱能量分布存在差异。例如，假定产生452nm的蓝光的LED通常将产生450nm到455nm范围或更长的光。在另一示例中，假定产生蓝光的 LED可以产生440nm到475nm范围内的光。在该示例中，从一个LED到另一 LED的光谱能量分布可以等于8%。因此，在组装过程期间，可以测量每个LED模块100的基部110中的 LEDl 14光谱能量分布和/或色点(图6中的310)。LEDs的光谱能量分布的变化是难以形成具有一致的且精确的色点的基于LED光源的原因。然而，因为LED模块100包括具有能够单独选择波长转换特性的两个或多个波长转换构件，因此可以选择构件的适当的波长转换特性用于LED114的光谱能量分布的大的变化以产生在预定容限内的色点，例如偏离目标色点的小于0.0035的Au' ν'。目标色点可以例如是2700K、3000K、4000K或黑体曲线上其他温度的CCT，或替换地，目标色点可以偏离黑体曲线。图7是示出LED模块的色点和来自CIE 1960UCS图的黑体曲线上的预定目标色点的图，其中X轴表示CCT，Y轴表示离开黑顶曲线400的偏移程度(AUV)。目标色点可以是黑体曲线400上的例如4000K、3000K和2700Κ。如果需要可以使用离开黑体曲线400的色点或其他目标CCTs。图7用矩形示出每个目标色点的预定容限。例如，在4000K处目标色点处CCT可以变化士90K，而在3000K处CCT可以变化士 55K，2700K处CCT可以变化士 50K。 CCT的这些预定容限在以黑体曲线上每个对应的目标色点为中心的两阶麦克亚当椭圆内。 每个CCT的偏离黑体曲线的预定容限为士0.001。在该示例中，Auv可以在黑体曲线400上0. 001距离变化(表示为正的容限值，+0. 001)，并且可以在黑体曲线400的下面0. 001 距离变化(表示为负的容限值，-0.001)。Auv的该预定容限在以黑体曲线上的每个相应的目标色点为中心的一阶麦克亚当椭圆内。图7中示出的CCT和Auv的预定容限在2阶麦克亚当椭圆内并且也在图5中示出的0.0035的Au’v’容限内。在示出的偏离目标色点的容限内的色点很靠近，使得即使在并排看光源的时候，色调差异对大多数人来说难以区分。图示出以3000KCCT为中心的两个色调线用于参照。一个色调线402对应由第一波长转换材料产生的色点漂移。在本示例中，色调线402是涂覆在窗口 130上的黄磷光物质。色调线404对应由第二波长转换材料产生的色点漂移。在本示例中，色调线404是涂覆在侧壁嵌件126上的红磷光物质。色调线402示出由黄磷光物质产生的光的色点中的漂移方向。色调线404表示由红磷光物质产生的色点中的漂移方向。第一波长转换材料和第二波长转换材料被选择成使得它们色点中的各个漂移方向不平行。因为黄磷光物质和红磷光物质的漂移方向不平行，由LED模块100发射的光的色点漂移方向可以任意地指定。这可以通过选择每个磷光物质的合适的厚度和/或浓度来实现，如上所述。作为示例，小点412、 414,416以及418如图示出由使用不同波长转换构件的一个LED模块100产生的色点。例如，点412示出具有一组波长转换构件的LED模块100的色点。通过选择不同的窗口 130， LED模块100的色点漂移至点414。如图所示，从点412到点414的色点差异与色调线402 平行。随后选择不同的侧壁嵌件126以产生点416指示的色点。从点414到点416的色点差异与色调线404平行。虽然这在3000K目标内，但是通过更换窗口 130尝试改善色点，这导致点418指示的色点，其中点416和418之间的漂移平行于色调线402。通过再次替换窗口 130，LED模块100的色点沿线402漂移以产生由大点420表示的色点，其正好位于偏离黑体曲线上3000K的目标色点的预定容限内。上面的示例示出一种试错法用以选择一组具体的LED114的合适的波长转换构件以形成具有想要的色点的LED模块100。使用试错法，在选择波长转换构件之前不需要测量由LED114产生的光的光谱能量分布。例如，可以选择一组波长转换构件并与LED114组合， 并且测量最终的色点。然后基于测量的色点调整波长转换构件。然而，在大规模的生产中， 将希望消除试错法，将测量LED114的光谱能量分布和/或色点，然后适当地选择波长转换构件以产生位于预定容限内的目标色点。可以基于从前面的试验中产生的数据，或基于数学计算进行所述选择。期望，在LED114与所选的波长转换构件组合之后测量光输出以确保光在目标色点的预定容限内，其中如果光输出在容限之外则可以改变一个或两个波长转换构件。基于这个用途，用唯一的序列号标识每个模块是有利的，例如以容易在生产过程中扫描的条形码的形式。将板和最终的组装件以及用过的各种类型的波长转换构件一起的光谱功率密度存储在数据库中是有利的。该数据以后通过算法利用以提出将要使用的构件实现模块的想要的性能。在选择了两个或多个波长转换构件的情况下，随后组装LED模块100 (314)。如上所述，组装包括使用螺栓、螺钉、夹钳、环氧树脂、硅或其他合适的连接机构永久地连接具有反射板113的基部110，连接具有侧壁嵌件126的顶部部分120和窗口 130。通过重复这个过程多次，可以形成具有几何相等的色点的多个LED模块100，例如每个LED模块100可以产生与其他模块相差预定容限的色点，例如小于0.001的AUV。因而，LED模块100包括用于转换发光二极管的光谱能量分布的装置从光混合室101产生具有在偏离CIE 1976u' ν'图中目标色点0. 009或更小的偏移程度Δu‘ ν' 内的光。用于转换光谱能量分布的装置包括用于转换发光二极管产生的光以产生沿CIE 1976u' ν'图中第一方向的第一量的色点漂移的第一装置，和用于转换发光二极管产生的光以产生沿如图4所示的CIE 1976u' ν'图中第二方向的第二量的色点漂移的第二装置。 如图4所示，第一方向和第二方向不平行。此外，第一装置和第二装置是可以响应于至少一个发光二极管的光谱能量分布选择地控制它们的量以产生位于可接受偏移程度内的想要的色点。用于转换由发光二极管产生的光的第一装置和第二装置可以是两个或多个具有不同波长转换特性的波长转换构件，并且可以是例如LED模块的反射底表面113、侧壁128、或窗口 130。替换地，第一装置和第二装置可以位于相同的位置，例如两个波长转换构件都在窗口 130、侧壁1 或者底表面113上。可以用诸如磷光物质或发光染料的波长转换材料覆盖波长转换构件或灌注诸如磷光物质或发光染料的波长转换材料。此外，波长转换构件可以从在波长转换材料的覆盖区域、浓度以及厚度方面不同的多个类似的波长转换构件中选择以产生CIE1976U' ν'图中色点漂移的不同的量。用于转换光谱能量分别的装置还包括与第一装置和第二装置不同的用于转换由发光二极管产生的光的第三或附加装置。用于转换光谱能量分布的装置可以将第一装置和第二装置并入到单个可选的构件中，例如窗口 130、侧壁1 或底表面113。发明人确定，当使用分开的可选的构件，例如具有黄磷光物质的窗口 130和具有红磷光物质的侧壁128的时候，大约10种不同类型的窗口(即10种不同的波长装换特性)，和5到10种不同类型的侧壁(即10种不同波长转换特性)基本上适于产生具有小的偏移程度(例如0.009或更小的Au' ν')的想要的目标色点。因此，如果第一装置和第二装置将要放置一个可选的构件，大约40到100种不同的可选构件将必须形成并保持。此外，通过将第一装置和第二装置分开，可以实现较高效率和显色系数。替换地，第一装置和第二装置可以是分开或独立的，但是预组装到一个可选构件中，例如窗口可以与侧壁或底表面预组装。再次，当使用10种类型第一装置和5-10种类型分开的可选第二装置，将必须形成并保持40到100个不同的预组装构件是实现相同的可能变量。图8示出多个LED模块100a、100b、IOOc以及IOOd (有时候统称为LED模块100) 的组500，它们全部产生位于预定容限内的相同色点，如上述那样实现。为了形成相同的色点，组500的每个LED模块100基于LED模块100中的LEDsl 14的光谱能量分布使用具有不同波长转换特性的波长转换构件。作为示例，窗口 130a、130b、130c以及130d、侧壁嵌件 126(图2所示)或反射板(如图2所示)的至少一个可以具有不同的波长转换特性，如图通过窗口 130a、130b、130c以及130d的阴影表示。在被安装在诸如显示器、嵌顶灯或顶灯中时，LED模块100a、100b、IOOc以及IOOd将产生具有人类观察者难以区分的色点的光。附加地，如果需要，在LED模块中可以使用不同波长的LED114以改善显色指数 (CRI)。当LED模块100中的所有的LED114具有基本上相同的峰值波长时，例如所有的 LEDl 14来自相同的具有5nm的系统划分组尺寸的系统划分组(例如包括450nm到455nm 的系统划分组)时，对于LED模块100在2700K、3000K和4000Κ的CCT情况下，在窗口 130 上使用黄(YAG)磷光物质且在侧壁嵌件1 上使用具有峰值波长630nm的红磷光物质的时候，可以实现例如75-85之间的CRI值。然而，通过用来自不同系统划分组的LEDs替换一个或多个LEDsl 14使得峰值波长从LEDl 14的峰值波长改变IOnm或更多，可以实现较高的CRI。图9，作为示例，示出具有多个封装的LEDs514和多个第二 LEDs515的板512，每个
14LED514具有例如452nm的峰值波长，每个LED515具有比LED514波长大IOnm的峰值波长。 作为示例，LEDs515的峰值波长可以位于例如470nm到510nm之间。如图9所示，如果可能， LEDs515对称地布置在板512上。具有LEDs514和LEDs515的板512可以代替图2中示出的板112使用。与其所有的LEDs都具有相同的452nm峰值波长的板对比，板512实现了较高的CRI值。作为示例，具有2700K、3000K或4000Κ的CCT的LED模块100可以使用五个波长在450nm到455nm之间的LEDs514和三个波长为500nm到510nm之间的LED515以实现95的CRI。使用较大波长的LED降低LED模块的根据流明输出除以输入的电功率的效率。因此，所用的LED515的特定波长和具有不同波长的LED515的数量是用于LED模块100 所需的效率和目标CRI值的平衡。附加地，磷光物质可以用于产生高的CRI值。由于其各自的发射性能对热的敏感性通常不将多个这样的磷光物质与LEDs—起使用。然而，波长转换构件、尤其是窗口 130和侧壁嵌件126上的磷光物质与发热的LEDslH物理地间隔。此外，LED模块100 的顶部部分120热耦合至波长转换构件并用作散热装置。因此，磷光物质可以被保持在相对低的温度。例如，直接沉积在LED源上的磷光物质可以达到超过150摄氏度的温度，而沉积在窗口 130和侧壁嵌件1 上的磷光物质通常达到大约70到90摄氏度的温度。由于使用热敏感磷光物质，LED模块100可以裁剪以产生想要的CRI值。例如，诸如 La3Si6N11 CeaaSi3N5, (Sr, Ca) AlSiN3Eu、CaAlSiN3Eu2+、(Sr, Ca) AlSiN3Eu2+、Ca3(Sc, Mg)2, Si3O12: Ce、Sra8Caa2AlSiN3:Eu、CaSc2O4: Ce、(Sr, Ba) 2Si04:Eu2+、SrGa2S4:Eu2+、SrSi2N2O2:Eu2+、 Ca3Sc2Si3O12 Ce3+、Y3_xA12A13012 Cex+ 以及 Lu3_xA12A13A12 Cex+ 的磷光物质可以用在波长转换构件上以产生80且更高的CRI值，或甚至95且更高的CRI值。虽然本发明结合用于指示用途的具体实施例进行描述，但是本发明不限于此。应该理解，这里描述的实施例可以使用任何期望的波长转换材料，包括染料，并且不限于使用磷光物质。在不脱离本发明的范围的情况下可以进行不同的适应和修改。因此，未决的权利要求的精神和范围应不限于前述的说明书。
1权利要求
1.一种形成发光二极管模块(100)的方法，所述方法包括从配置成限定发光二极管模块中的光混合室(101)的多个第一构件(130)中选择第一构件(130)，其中所述多个第一构件(130)包括第一波长转换材料(13 并且所述多个第一构件(130)的每一个具有不同的已知波长转换特性；从配置成进一步限定发光二极管模块中的光混合室(101)的多个第二构件中选择第二构件(1 )，其中所述多个第二构件包括第二波长转换材料(128)并且所述多个第二构件的每一个具有不同的已知波长转换特性，其中基于至少一个发光二极管(114)的光谱能量分布(312)选择第一构件(130)和第二构件使得，当与所述至少一个发光二极管结合时第一构件(130)和第二构件(126)转换所述至少一个发光二极管的光谱能量分布以产生来自光混合室(101)的具有在预定色点(257)的预定容限059)内的色点的光；和组装所选的第一构件(130)和所选的第二构件(126)与所述至少一个发光二极管 (314)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤在选择第一构件(130)和第二构件(126) 之前测量(310)所述至少一个发光二极管的光谱能量分布，并且其中选择具有第一波长转换特性的所述多个第一构件(130)中的一个和具有第二波长转换特性的所述多个第二构件(126)中的一个的步骤是基于所测的光谱能量分布。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤将所选的第一构件(130)和所选的第二构件(126)与所述至少一个发光二极管(314) 结合在光混合室(101)；在将所选的第一构件(130)和所选的第二构件(126)与所述至少一个发光二极管结合之后测量由光混合室(101)产生的光的色点；在组装所选的第一构件(130)和所选的第二构件(126)与所述至少一个发光二极管之前基于所测的色点选择所述多个第一构件(130)中的不同的一个以从光混合室(101)产生具有在预定色点的预定容限内的色点的光。
4.根据权利要求1所述的方法，其中第一可选构件的第一类型波长转换材料产生沿 CIE 1976u' ν'图中的第一方向(232)的色点漂移并且第二可选构件的第二类型波长转换材料产生沿CIE 1976u' ν'图中的第二方向(22 的色点漂移，其中第一方向和第二方向不平行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中光混合室(101)形成在壳体(110)内，其中组装所选的第一构件(130)和所选的第二构件(126)与所述至少一个发光二极管的步骤包括将第一可选构件和第二可选构件安装至壳体(110)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中预定容限(253)的特征在于CIE1976u' ν'图中的色点与预定色点之间的距离小于0. 0035。
7.根据权利要求1所述的方法，其中预定色点是具有2700Κ、3000Κ、3500Κ、4000Κ、 4200Κ、5000Κ、6500Κ中一个温度的黑体辐射体和发光体序列D中的一个的色点。
8.根据权利要求1所述的方法，其中光混合室(101)包括围绕所述至少一个发光二极管(114)的反射底表面(113)；围绕底表面(113)和所述至少一个发光二极管(114)的至少一个反射侧壁(1 )，以及窗口(130)，所述窗口耦合至所述至少一个反射侧壁(1 )以形成输出口。
9.根据权利要求8所述的方法，其中第一可选构件(130)和第二可选构件(126)中的每一个包括所述反射底表面(113)、所述至少一个反射侧壁(126)以及所述窗口(130)中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少一个反射侧壁是定位在光混合室(101) 内以形成至少一个反射侧壁的侧壁嵌件(113)。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一可选构件是所述窗口(130)并且所述第二可选构件是所述至少一个反射侧壁(126)。
12.根据权利要求1所述的方法，其中第一可选构件和第二可选构件包括第一窗口 (130)和第二窗口(131)，其中由第二窗口(131)上的第二波长转换材料转换后的光的一部分通过第一窗口(131)透射进入光混合室(101)。
13.一种照明模块(100)，包括至少一个发光二极管(114)，所述至少一个发光二极管可操作以产生一定量的具有光谱能量分布的光；和光混合室(101)，所述光混合室配置成将由所述至少一个发光二极管(114)发射的光的量的一部分转换成一定量的转换后的光，其中光混合室(101)包括可操作以输出包括转换后的光的量的一部分的光的输出口(12 、包括具有第一波长转换特性的第一类型波长转换材料(132)的第一可选构件(130)、以及包括具有与第一波长转换特性不同的第二波长转换特性的第二类型波长转换材料(1 )的第二可选构件(126)；其中在照明模块(100)的最终组装之前选择第一可选构件(130)和第二可选构件 (126)使得从输出口(122)输出的光具有在CIE 1976u’ ν’图中与目标色点(257)的偏移程度(259) Au，ν，在0.009之内的色点。
14.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中第一可选构件(130)的第一类型波长转换材料(132)响应于由所述至少一个发光二极管(114)产生的光的量产生沿CIE 1976u' ν'图中的第一方向(232)的色点漂移，并且第二可选的构件(1 )的第二类型波长转换材料(128)响应于由所述至少一个发光二极管(114)产生的光的量产生沿CIE 1976u' ν'图中的第二方向022)的色点漂移，其中第一方向(23 和第二方向(222)不平行。
15.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中光混合室(101)形成在壳体(110)内， 并且第一可选构件(130)和第二可选构件(126)被安装至壳体。
16.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中由输出口(122)输出的光具有在CIE 1976u' ν'图中与目标色点(257)的偏移程度(253) Au' ν'在0. 0035之内的色点。
17.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中目标色点(257)是具有2700Κ、3000Κ、 3500Κ、4000Κ、4200Κ、5000Κ、6500Κ中一个温度的黑体辐射体和发光体序列D中的一个的色点ο
18.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中光混合室(101)包括围绕所述至少一个发光二极管的反射底表面(11 ；围绕所述底表面(11 和所述至少一个发光二极管 (114)的至少一个反射侧壁(1 )，以及窗口(130)，所述窗口耦合至所述至少一个反射侧壁(126)以形成输出口。
19.如权利要求18所述的照明模块(100)，其中第一可选构件(130)和第二可选构件(1 )中的每一个包括所述反射底表面(113)、所述至少一个反射侧壁(1 )以及窗口 (130)中的至少一个。
20.如权利要求19所述的照明模块(100)，其中所述至少一个反射侧壁(126)是定位在光混合室(101)内以形成至少一个反射侧壁的侧壁嵌件。
21.如权利要求19所述的照明模块(100)，其中所述第一可选构件(130)是所述窗口 (130)并且所述第二可选构件(126)是所述至少一个反射侧壁(126)。
22.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中第一可选构件和第二可选构件包括第一窗口(130)和第二窗口(131)，其中由第二窗口(130)上的第二波长转换材料转换后的光的一部分通过第一窗口(131)透射进入光混合室(101)。
23.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中第一可选构件(130)和第二可选构件 (126)各自的波长转换特性是可选的。
24.如权利要求13所述的照明模块(100)，其中基于所测的至少一个发光二极管(114) 的光谱能量分布选择第一可选构件(130)和第二可选构件(126)。
25.一种发光二极管模块(IOOaUOOb)组(500)，其中该组中的每个发光二极管模块包括至少一个发光二极管(114)，其中所述发光二极管模块组(500)的每个发光二极管模块的至少一个发光二极管的每一个产生具有矩心波长的光谱能量分布，并且其中所述组的每个发光二极管模块的至少一个发光二极管(114)的每一个的矩心波长相差1.0纳米或更多；围绕所述至少一个发光二极管(114)并且具有输出口(122)的光混合室(101)，所述光混合室(101)至少部分由具有第一类型波长转换材料(132)的第一可选构件(130)和具有第二类型波长转换材料的第二可选构件(126)形成，在每个发光二极管模块(100)的第一可选构件(130)上的第一类型波长转换材料(13 具有不同的波长转换特性并且每个发光二极管模块(100)的第二可选构件(126)上的第二类型波长转换材料(128)具有不同的波长转换特性；其中对于每个发光二极管模块，在第一可选构件(130)上的第一类型波长转换材料 (132)的波长转换特性和在第二可选构件(126)上的第二类型波长转换材料(1 )的波长转换特性改变由至少一个发光二极管(114)产生的光的光谱能量分布使得在所述组中的每个发光二极管模块具有在CIE 1976u’v’图中与目标色点(257)的偏移程度(25 Au'v' 在0. 007之内的色点。
26.如权利要求25所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)的第一类型波长转换材料(132)产生沿CIE 1976u' ν'图中的第一方向(232)的色点漂移并且第二可选构件(126)的第二类型波长转换材料(128)产生沿CIE 1976u' ν'图中的第二方向 (222)的色点漂移，其中第一方向(23 和第二方向(22 不平行。
27.如权利要求25所述的发光二极管模块组，其中光混合室(101)形成在壳体(110) 内，并且第一可选构件(130)和第二可选构件(1 )被安装至壳体(110)。
28.如权利要求25所述的发光二极管模块组，其中由该组中的每个发光二极管模块产生的光位于与相同的目标色点057)的偏移程度(253) Au' ν’在0.0035之内。
29.如权利要求25所述的发光二极管模块组，其中每个发光二极管模块(100)的色点是具有2700K、3000K、;3500K、4000K、4200K、5000K、6500K中一个温度的黑体辐射体和发光体序列D中的一个的色点。
30.如权利要求25所述的发光二极管模块组，其中光混合室(101)包括围绕所述至少一个发光二极管的反射底表面(11 ；围绕底表面(11 和所述至少一个发光二极管 (114)的至少一个反射侧壁(1 )，以及窗口(130)，所述窗口耦合至所述至少一个反射侧壁(126)以形成输出口。
31.如权利要求30所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)和第二可选构件(1 )中的每一个包括所述反射底表面、所述至少一个反射侧壁以及所述窗口(130)中的至少一个。
32.如权利要求31所述的发光二极管模块组，其中至少一个反射侧壁(126)是定位在光混合室(101)内以形成所述至少一个反射侧壁的侧壁嵌件。
33.如权利要求31所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)是窗口(130) 并且第二可选构件(126)是至少一个反射侧壁。
34.如权利要求25所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)和第二可选构件(126)包括第一窗口(130)和第二窗口，其中由第二窗口(130)上的第二波长转换材料转换后的光的一部分通过第一窗口透射进入光混合室(101)。
35.一种发光二极管模块(IOOaUOOb)组(500)，其中该组中的每个发光二极管模块包括至少一个发光二极管(114)，其中发光二极管模块组(500)的每个发光二极管模块的至少一个发光二极管的每一个产生具有矩心波长的光谱能量分布，并且其中所述组的每个发光二极管模块(100)的至少一个发光二极管(114)的每一个的矩心波长相差0.5纳米或更多；围绕所述至少一个发光二极管(114)且具有输出口(12 的光混合室(101)，所述光混合室(101)至少部分由具有第一类型波长转换材料(13 的第一可选构件(130)和具有第二类型波长转换材料的第二可选构件(126)形成，在每个发光二极管模块(100)的第一可选构件(130)上的第一类型波长转换材料(13 具有不同的波长转换特性并且每个发光二极管模块(100)的第二可选构件(126)上的第二类型波长转换材料(128)具有不同的波长转换特性；其中对于每个发光二极管模块，在第一可选构件(130)上的第一类型波长转换材料 (132)的波长转换特性和在第二可选构件(126)上的第二类型波长转换材料(1 )的波长转换特性改变由至少一个发光二极管(114)产生的光的光谱能量分布使得在所述组中的每个发光二极管模块具有在CIE 1976u’v’图中与目标色点(257)的偏移程度(25 Au'v' 在0. 0035之内的相同的色点。
36.如权利要求35所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)的第一类型波长转换材料(132)产生沿CIE 1976u' ν'图中的第一方向(232)的色点漂移并且第二可选构件(126)的第二类型波长转换材料(128)产生沿CIE 1976u' ν'图中的第二方向 (222)的色点漂移，其中第一方向(23 和第二方向(22 不平行。
37.如权利要求35所述的发光二极管模块组，其中光混合室(101)形成在壳体(110) 内，并且第一可选构件(130)和第二可选构件(126)被安装至壳体。
38.如权利要求35所述的发光二极管模块组，其中每个发光二极管模块(100)的色点是具有2700K、3000K、!3500K、4000K、4200K、5000K、6500K中一个温度的黑体辐射体和发光体序列D中的一个的色点。
39.如权利要求35所述的发光二极管模块组，其中光混合室(101)包括围绕所述至少一个发光二极管的反射底表面(11 ；围绕底表面(11 和所述至少一个发光二极管 (114)的至少一个反射侧壁(1 )，以及窗口(130)，所述窗口耦合至所述至少一个反射侧壁(126)以形成输出口。
40.如权利要求39所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)和第二可选构件(1 )中的每一个包括反射底表面、至少一个反射侧壁以及窗口(130)中的至少一个。
41.如权利要求40所述的发光二极管模块组，其中所述至少一个反射侧壁(126)是定位在光混合室(101)内以形成至少一个反射侧壁的侧壁嵌件。
42.如权利要求40所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)是窗口(130) 并且第二可选构件(126)是至少一个反射侧壁。
43.如权利要求35所述的发光二极管模块组，其中第一可选构件(130)和第二可选构件(126)包括第一窗口(130)和第二窗口，其中由第二窗口(130)上的第二波长转换材料转换后的光的一部分通过第一窗口透射进入光混合室(101)。
44.一种照明模块(100)，包括至少一个发光二极管(114)，所述至少一个发光二极管可操作以产生一定量的具有光谱能量分布的光；和光混合室(101)，所述光混合室配置成将由至少一个发光二极管(114)发射的光的量的一部分转换成一定量的转换后的光，其中光混合室(101)包括可操作以输出转换后的光的量的一部分的输出口(122)；用于转换至少一个发光二极管(114)的光谱能量分布以从光混合室(101)产生具有在 CIE 1976u’ ν，图中与目标色点(257)的偏移程度(259) Au' ν'在0. 009之内的色点的光的装置(130、131、126、126、113)。
45.如权利要求44所述的照明模块(100)，其中用于转换至少一个发光二极管(114) 的光谱能量分布的装置包括第一装置(130)，所述第一装置用于转换由至少一个发光二极管(114)产生的光以产生沿CIE 1976u' ν'图中的第一方向(232)的第一量级的色点偏移；第二装置(1 )，所述第二装置用于转换由至少一个发光二极管(114)产生的光以产生沿CIE 1976u' ν'图中的第二方向(22 的第二量级的色点偏移，其中第一方向(232) 和第二方向(22 不平行，并且其中第一装置和第二装置是可选择的以响应于至少一个发光二极管的光谱能量分布控制第一量级和第二量级。
46.如权利要求45所述的照明模块(100)，其中第一装置和第二装置包括光混合室 (101)的反射底表面(114)、至少一个反射侧壁(126)以及输出口(130)中的至少一个。
47.如权利要求45所述的照明模块(100)，其中第一装置包括光混合室(101)的第一可选构件(130)，所述第一可选构件包括具有第一波长转换特性的第一类型波长转换材料 (132)；并且第二装置包括光混合室(101)的第二可选构件(1 )，所述第二可选构件包括具有与第一波长转换特性不同的第二波长转换特性的第二类型波长转换材料(I28)。
全文摘要
使用至少一个发光二极管(LED)(114)和至少两个可选构件形成一种发光二极管模块(100)，可选构件形成或作为围绕LED且包括输出口的光混合室(101)的部分。第一可选构件(130)包括具有第一波长转换特性的第一类型波长转换材料(132)和第二可选构件(126)包括具有不同波长转换特性的第二类型波长转换材料(128)。第一和第二波长转换特性改变由LED产生的光的光谱能量分布以产生具有位于偏离预定色点(257)的预定容限(259)的色点的通过输出口的光。此外，形成一LED模块的组(500)使得每个LED模块具有在预定容限内的相同色点。通过预测量不同的构件的波长转换特性由此选择具有将LED的光谱能量分布转换到位于偏离预定色点的预定容限的色点的波长转换特性的构件而形成LED模块。
文档编号H01L33/50GK102217107SQ200980146272
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月14日 优先权日2008年11月21日
发明者克里斯多佛·R·里德, 彼特·K·曾, 杰勒德·哈伯斯 申请人:吉可多公司